🚗 L'accumulateur : décharge (pile) et charge (électrolyse)
Ta batterie de voiture est une pile… qu'on peut recharger ! Quand elle allume les phares, la chimie travaille toute seule. Quand l'alternateur la recharge, il force la réaction à repartir en arrière. Branche la lampe ou le chargeur et surveille bien les plaques : qui est l'anode, qui est la cathode ?
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- En décharge, les électrons quittent le pôle − (le plomb s'oxyde) et arrivent au pôle + (PbO₂ se réduit) : le pôle − est l'anode, le pôle + la cathode. La transformation est spontanée : c'est une pile.
- En charge, le chargeur pousse les électrons dans l'autre sens : le pôle + devient l'anode et le pôle − la cathode. Les signes + et − des bornes, eux, ne changent pas.
- Dans l'acide, les cations H⁺ migrent vers la cathode et les anions SO₄²⁻ vers l'anode : les ions changent de sens en même temps que le courant.
- Pendant la décharge, les deux plaques se couvrent de sulfate de plomb (blanc) et l'acide s'appauvrit : sa densité baisse de 1,28 à 1,10 environ. C'est ainsi que les garagistes testent une batterie !
- En charge, la tension aux bornes (U = E + rI) est plus grande qu'en décharge (U = E − rI) : il faut fournir plus d'énergie qu'on n'en récupère.
Expériences à faire
- Batterie de voiture de 60 A·h : combien de temps tient-elle avec les phares (5 A) ? Et avec le démarreur (300 A) ?
- Calcule la masse de plomb consommée par une décharge complète, puis vérifie avec l'animation.
- Clique sur la plaque de PbO₂ en décharge, puis en charge : son rôle change-t-il ?
- Ni-Cd : quelle intensité faut-il pour le recharger entièrement en 1 heure ?
- Avec « ✏️ Mon accumulateur », augmente la résistance interne : que deviennent les tensions de charge et de décharge ?
La chimie derrière l'animation
- Décharge (pile, transformation spontanée) : à l'anode (pôle −) Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2 e⁻ (oxydation) ; à la cathode (pôle +) PbO₂ + 4 H⁺ + SO₄²⁻ + 2 e⁻ → PbSO₄ + 2 H₂O (réduction).
- Charge (électrolyse, transformation forcée par un générateur) : les réactions se font en sens inverse ; l'anode est alors le pôle + et la cathode le pôle −. L'anode est toujours le siège de l'oxydation.
- Dans l'électrolyte, les cations se déplacent vers la cathode et les anions vers l'anode ; dans les fils, les électrons vont de l'anode vers la cathode, le courant I dans l'autre sens.
- Quantité d'électricité : Q = I × Δt = n(e⁻) × F, avec F = 96 485 C/mol ; capacité en A·h (1 A·h = 3 600 C). La masse transformée vaut m = n(e⁻)/z × M.
- Tension aux bornes : U = E − r·I en décharge, U = E + r·I en charge ; énergie W = U·I·Δt. Modèle : un seul élément (2,1 V ; une batterie de 12 V en compte 6 en série), rendement de charge de 100 %.
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